GH4169高温合金高应变率本构关系试验研究

 基于高应变率下GH4169高温合金的本构关系是采用有限元法对GH4169高温合金进行切削加工数值分析研究的基础。本文针对GH4169高温合金,通过试验对其在温度为室温至1 000 ℃、应变率为2 000～10 000 s^-1的范围内的本构关系进行了研究。研究发现高应变率下GH4169高温合金的流动应力与塑性应变关系接近线性关系,同时温度影响着高应变率下应变率对本构关系的影响程度及方式。根据GH4169合金流动应力曲线的特点,对Johnson-Cook本构模型进行修正。基于试验结果,通过数据拟合确定了对应高应变率GH4169高温合金的材料常数,建立了描述GH4169高温合金高应变率下的本构模型,为切削加工有限元数值分析提供了理论基础,并为相关类似研究提供了思路。     

变形条件对GH169合金的流动应力和显微组织的影响

 根据热加工模拟试验,GH169合金高温下的流动应力值比合金结构钢高得多,而且加工硬化明显。变形条件对其流动应力和显微组织有较大影响。在一定条件下,即使变形温度较高,也可获得细晶组织,变形后采用迅速冷却可细化晶粒。对于GH169合金可通过形变热处理有效地控制其显微组织。     

置氢Ti600合金热变形本构关系

基于热模拟压缩试验数据,通过共线性诊断、变量筛选、回归分析等过程,建立了置氢Ti600合金热变形的本构关系.结果表明:回归计算值与试验值吻合较好,所建立的本构关系能够描述置氢Ti600合金热变形过程中应变、应变速率、变形温度对流变应力的影响规律.     

GH169合金细晶锻造工艺研究

为了提高涡轮盘的强度和低周疲劳性能,要求锻件具有ASTM10级以上的细晶组织国外在大型压力机上采用低温大变形锻造和直接时效热处理以获得性能良好的细晶锻件,而我国则试图采用锻锤生产GH169合金涡轮盘锻件,因此,需要探索适合国情的GH169合金细晶锻造工艺。根据以往的研究,δ相对GH169合金的显微组织有明显影响,因而可     

挤压态喷射成形GH738合金热变形行为及组织研究

在温度950~1150℃、应变速率0.001~1 s–1及工程应变50%条件下,利用Gleeble-3500TM热模拟试验机对挤压态喷射成形GH738合金进行热压缩实验,研究合金的流变应力,建立合金热变形本构关系,利用EBSD分析合金组织演变。结果表明:合金流变应力随温度的升高和应变速率的减小而降低,在相同变形条件下,具有细晶组织特征的挤压态喷射成形GH738合金峰值流变应力低于粗晶组织的铸锻GH738合金;挤压态喷射成形GH738合金热变形激活能为651.08 kJ·mol–1,GH738合金的热变形激活能随着初始平均晶粒尺寸的减小而升高;形变温度的升高使挤压态喷射成形GH738合金初始被拉长的晶粒逐渐演变为等轴再结晶晶粒,在1000℃以上获得完全动态再结晶组织,再结晶组织随形变温度的进一步升高发生长大。     

先顶后刹时摩擦焊接头金属的本构关系

采用正交多项式和回归分析方法,系统地研究了热力参数(顶刹时差、变形量、顶锻速度)与摩擦焊接头金属性能间的本构关系;探讨了热力参数对接头金属性能的影响规律,为高温合金与耐热钢摩擦焊接成形与控制提供了依据。     

GH4169合金的循环本构模型研究

为研究GH4169合金在高温环境不同载荷条件下的非弹性响应力学行为,对其开展650℃下单轴拉伸和恒温低周疲劳试验,采用Bodner-Partom (B-P)统一本构理论对其力学行为开展数值模拟研究。通过试验,获得GH4169合金高温单轴拉伸曲线及半应变幅为0.65%,0.75%及0.85%下的循环曲线,基于B-P理论并结合有限元方法,引入介于0～1的缩小因子,研究了本构方程隐式积分新算法,通过ABAQUS用户子程序,计算得到GH4169合金不同载荷条件下的数值模拟曲线。计算曲线与试验曲线均具有较好的一致性,说明B-P模型能较合理地建模GH4169合金的高温非弹性响应力学行为,同时验证了本文模型的完整性和计算程序的正确性。     

SHPB实验考虑绝热变形和端面摩擦的修正方法

采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高应变率下的温度敏感性,并拟合了Johnson-Cook本构模型的参数。结合数值计算方法对压缩实验中试件内部的应力、应变以及温度的分布建立了一个半经验的数学模型并提出了一种新的参数修正方法,将端面摩擦效应、绝热变形升温效应与SHPB实验结果进行解耦。实验结果表明:温度越高,GH4169高温合金的屈服强度以及流动应力越小。并且在SHPB实验中GH4169高温合金存在明显的绝热变形升温效应和端面摩擦效应,导致实验结果并不能真实反映材料的硬化特性。通过对原始Johnson-Cook本构方程的硬化项乘以1.2的修正系数,发现修正后的本构参数准确反映了材料在高应变率下的应力应变特性。      

GH4169合金直接时效锻造过程的数值模拟

直接时效（DA）锻造工艺已成为生产GH4169合金涡轮盘锻件的基本方法之一。但实施DA锻造工艺时,锻造过程的各个环节要求严格控制,而且要有足够吨位的设备。参照在压力机上实施DA工艺的终锻过程,用有限元变形-传热耦合分析方法对直径520mm和高度190mm的GH4169合金坯料在不同情况下的镦粗过程进行了数值模拟。大量计算结果表明,在压力机上实施DA锻造工艺时,为了获得优质GH4169合金涡轮盘锻件,应合理确定压力机滑块速度,尽可能改善润滑情况及适当提高模具预热温度。对于GH4169合金涡轮盘锻件,采用等温DA锻造工艺可能是最佳的选择。研究结果对于在国内的生产条件下实施GH4169合金DA锻造工艺具有指导作用。     

镍基合金薄板不同温度下的弹道冲击行为

为研究航空发动机机匣在高温下的包容性能力,通过实验和数值模拟研究25℃和600℃下GH4169合金薄板受球型子弹冲击后的变形行为。弹道冲击实验通过轻气炮实施,子弹以不同初始速率冲击靶板。分析温度和冲击速率对靶板的变形、临界击穿速率、破坏变形模式以及能量吸收的影响。结果表明:高温下靶板的变形更大,靶板被击穿所吸收的能量更小,临界击穿速率更小;高温下靶板被穿透后由弯曲作用引起的花瓣状变形更明显。数值模拟研究通过有限元软件LS-DYNA实施,数值模拟中选用Johnson-Cook本构模型。采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高温高应变率下的力学特性并拟合了Johnson-Cook本构模型参数。数值模拟研究的结果和实验结果进行了对比,显示了良好的一致性。     

确定总应变寿命方程参数的一种方法

为了使总应变寿命方程能够在较大寿命范围内具有理想的预测精度且其参数物理意义明确,基于总应变寿命方程中疲劳强度系数与疲劳延性系数的物理意义,建立了总应变寿命方程参数与单调拉伸强度极限和断面收缩率之间的关系,并结合TC4,GH4169及GH901合金的单调拉伸及疲劳试验数据,对其各自的总应变寿命方程参数进行了拟合,进而开展了疲劳寿命预测.结果表明:采用该方法确定的总应变寿命方程参数具有明确的物理意义,且对TC4,GH4169及GH901合金的疲劳寿命预测结果较为理想,其分散带基本在2倍以内.      

GH169合金涡轮盘锻坯加热过程数值模拟

 本文采用基于热平衡原理的有限差分法对GH169合金涡轮盘锻坯的加热过程进行了模拟。计算结果表明:坯料不包套,在加热的最初阶段,坯料内部将因温差大而产生较大的热应力,采用包套加热,加热时间将延长,但坯料内部温度均匀,因而可采用一段制加热,这样,能够缩短加热时间,改善锻件质量。     

GH169合金的锻造热力参数

在耗散结构理论和 DMM方法的基础上,提出一种确定锻造热力参数范围的方法,以获得组织和性能稳定一致的锻件。详细叙述了用所提出的方法确定 GH1 69合金锻造热力参数范围的过程,并提供了对研究 GH1 69合金锤上和压力机上锻造过程有实用价值的曲线 ;提出为获得优质 GH1 69合金锻件,以采用中等应变速率的设备和较低的锻造温度为宜     

GH169高温合金孔挤压强化层的微观结构

采用透射电子显微术,研究了ＧＨ１６９高温合金孔挤压强化层的微观结构。实验结果表明,强化层内位错呈现平面状滑移和交滑移混合特征。随距孔边距离的增加,滑移带变得不甚明显,位错胞的直径略有增加。强化层内的孪晶数量很少,孪生不是ＧＨ１６９合金的主要变形方式。在合金中的γ'、γ”及δ相周围,存在着高密度的位错缠结结构;ＧＨ１６９合金具有较大范围的孔挤压强化层,约为３ｍｍ的深度     

考虑静水压力和LODE 角的塑性模型 在GH4169 合金上的应用

针对典型盘用镍基高温合金GH4169,采用Bai-Wierzbizki(B-W)塑性理论对其塑性变形行为进行建模和应用评估。B-W塑性理论假设金属材料塑性变形仍服从von Mises屈服准则,但屈服函数考虑了静水压力和LODE角(偏应力第3不变量)对塑性行为的影响。采用Abaqus/Explicit商业有限元软件编制了该塑性模型的用户材料子程序,设计开展了GH4169合金的光滑、缺口圆棒和缺口平板拉伸试验,基于有限元分析和优化方法确定了B-W模型相关材料参数,对GH4169合金光滑和缺口拉伸响应曲线进行有限元预测,并与试验结果进行对比分析。结果表明:B-W模型预测的GH4169合金缺口圆棒和平板拉伸响应曲线与试验结果非常吻合,而基于传统von Mises塑性模型预测的GH4169合金缺口拉伸响应曲线均明显高于试验曲线。     

吸热型碳氢燃料与高温合金相容性研究

论证了吸热型碳氢燃料与高温合金相容性研究过程,设计了燃油与高温合金联合加热装置,测试了非钝化和钝化状态的GH625试件和GH3128试件在壁温为500~850℃时、经过燃油压力为3.5MPa、燃油温度为450~500℃、流速为1~5m/s浸渍后的力学性能和金相组织.试验结果表明:在燃料温度为500℃、试件温度为850℃时,GH3128试件结焦量少于GH625试件,GH3128试件的塑性应力下降40%、GH625试件的塑性应力下降60%.燃油浸渍时高温合金钝化后结焦量明显减少.      

两种模具材料对热等静压TC4 显微组织的影响

研究了A3钢和GH1131高温合金两种材料作为模具对TC4钛合金HIP组织的影响。结果表明在HIP过程中,A3钢模具对有效应力传递的阻碍作用较大,设计HIP用A3钢模具时应避免深型腔结构,GH1131模具对有效应力传递的影响较小。受元素互扩散的影响,两种模具材料在HIP过程中均污染了TC4材料表面,A3钢模具对合金的影响层较薄,但使材料形成了波浪形的粗糙表面;GH1131对成形材料的影响层厚度>100μm。为了获得高精度的无污染表面,TC4合金HIP净成形时两种模具均需要进行表面处理,形成与TC4兼容的保护层。     

GH3044合金堵盖高温氧化机理研究

为了研究固体推进剂燃气对GH3044合金堵盖的作用机理,通过光学显微镜、扫描电镜、硬度测试仪等手段对GH3044合金堵盖的孔洞进行测试与分析。结果显示:在氧化性气氛下,GH3044合金出现了沿晶界的择优氧化,形成了楔形裂纹,在热应力及氧化物长大的膨胀应力作用下发生剥落并最终形成喇叭形的烧蚀孔洞;其中,燃气中的金属氧化物(PbO)沿晶界与基体中的Ni发生氧化还原反应,形成低熔点的Pb-Ni共晶,进一步加剧了GH3044合金的高温氧化。